Тепло- и массопередача в конструкциях и агрегатах (системы термостатирования ракет и космических

ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕДАЧА В КОНСТРУКЦИЯХ И АГРЕГАТАХ (СИСТЕМЫ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ РАКЕТ И КОСМИЧЕСКИХ

АППАРАТОВ)

Составитель Бут А.Б.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Теоретические основы систем термостатирования
1.1 Основные процессы передачи тепла. Теплопроводность
1.2 Основные процессы передачи тепла. Конвективный теплообмен
1.3 Основные процессы передачи тепла. Теплообмен излучением
1.4 Тепловой баланс термостатируемых объектов
2 Расчет теплообменных аппаратов
2.1 Основные положения теплового расчета
2.2 Средний температурный напор
2.3 Теплопередача в аппаратах
2.4. Расчет конечной температуры рабочих жидкостей
2.5 Расчет регенеративных и смесительных аппаратов
2.6 Гидромеханический расчет теплообменных аппаратов
3 Основы устройства воздушных систем термостатирования
3.1 Общие сведения о системах термостатирования
3.1.1 Назначение систем термостатирования
3.1.2 Классификация систем термостатирования
3.1.3 Теплоносители систем термостатирования
3.2 Принципы получения холода
3.2.1 Охлаждение газа при дросселировании. СТ на базе дросселирования газа
3.2.2 Вихревой эффект. СТ с применением вихревых труб
3.2.3 Охлаждение при расширении газа с совершением внешней работы. СТС с применением детандерных агрегатов
3.2.4 Термоэлектрический эффект
3.3 Парокомпрессионные холодильные машины
3.3.1 Хладагенты ПКХМ
3.3.2 Работа парокомпрессионной холодильной машины
3.3.3 Основные элементы ПКХМ
3.3.4. Автоматическое изменение холодопроизводительности компрессоров
3.3.5 Характеристики холодильных машин
3.4 Теплообменные аппараты систем термостатирования
3.5 Основные требования, предъявляемые к воздушным системам термостатирования
3.6 Условные обозначения элементов в схемах систем термостатирования
3.7 Термостатирование изделия на подвижной грунтовой установке
3.8 Воздушное термостатирование в железнодорожных вагонах
3.9 Наземная ВСОТР с парокомпрессионными холодильными машинами для термостатирования отсеков носителя
3.10 Комплексная система термостатирования на основе воздушной холодильной машины

Расчет теплообменных аппаратов

Средний температурный напор

При выводе формулы усреднения температурного напора рассмотрим простейший теплообменный аппарат, работающий по схеме прямотока. Количество тепла, передаваемого в час от горячей жидкости к холодной через элемент поверхности dF (рис, 2.3), определяется следующим уравнением:

dQ = k(t₁ – t₂)_xdF ккал час. (а)

Рис. 2.3. К выводу формулы усреднения

 

При этом температура горячей жидкости понизится на dt1, а холодной повысится на dt₂. Следовательно,

dQ = -G₁c_p1dt₁ = G₂c_p2dt₂, (b)

откуда

(c)

(d)

Изменение же температурного напора при этом равно:

(e)

где

Подставляя в уравнение (е) значение dQ из уравнения (а), получим:

(f)

Обозначим (t₁ — t₂)_x через _Δtx и произведем разделение переменных:

(g)

Если значения m и k постоянны, то, интегрируя уравнение (g), получим:

или

(h)

откуда

(i)

Из уравнения (i) видно, что вдоль поверхности нагрева температурный напор изменяется по экспоненциальному закону. Зная этот закон, легко установить и среднее значение температурного напора Δt. На основании теоремы о среднем (при k = const) имеем:

(j)

Подставляя в уравнение (j) значения mkF и е^-mkF из уравнений (h) и (i) и имея в виду, что согласно рис. 2.3 в конце поверхности нагрева Δt_x = Δt", окончательно имеем:

(2.7)

или

(2.7’)

Такое значение температурного напора называется среднелогарифмическим.

Точно таким же образом выводится формула усреднения температурного напора и для противотока. Отличие лишь в том, чго в правой части уравнения {d) следует поставить знак минус и поэтому здесь . Окончательная формула для среднего температурного напора при противотоке имеет следующий вид

(2.8)

При равенстве водяных эквивалентов в случае противотока m = 0, тогда из уравнения (i) имеем, что Δt_х = Δt’. В этом случае температурный напор по всей поверхности постоянен:

(k)

Обе формулы (7) и (8) можно свести в одну, если

независимо от начала и конца поверхности через Δt’ обозначить больший, а через Δt” меньший температурные напоры между рабочими жидкостями. Тогда окончательная формула для прямотока и противотока принимает следующий вид:

(2.9)

Формула (9) представлена на фиг. 2.4; здесь по оси абсцисс нанесено значение , а по оси ординат значение ,. Зная и Δt’ сначала определяется , а затем и Δt.

Рис. 2.4. График для определения среднелогарифмического температурного напора.

 

Вывод формул для среднелогарифмического температурного напора сделан в предположении, что расход и теплоемкость рабочих жидкостей, а также коэффициент теплопередачи вдоль поверхности нагрева остаются постоянными. Так как в действительности эти условия выполняются лишь приближенно, то и вычисленное по формулам (7), (8) или (9) значение Δt также приближенно. В этом слабое место расчета.

В тех случаях, когда температура рабочих жидкостей вдоль поверхности нагрева изменяется незначительно, средний температурный напор можно вычислять как среднее арифметическое из крайних напоров Δt’ и Δt"

(2.10)

Значение среднеарифметического всегда больше среднелогарифмического. Но при они отличаются друг от друга меньше чем на 4% (рис. 2.4). Такая погрешность в технических расчетах вполне допустима.

Для аппаратов с перекрестным и смешанным током рабочих жидкостей задача об усреднении температурного напора отличается сложностью математических выкладок. Поэтому для наиболее часто встречающихся случаев результаты решения обычно представляются в виде графиков.

Пример 2.1. В холодильной установке каждый час надо охлаждать 250 л горячей жидкости с плотностью ρ₁ =1100 кг/м³ и теплоемкостью с_р1 = 0,727 ккал/кг°С с t₁’ = 120 °С до t₁” = 50 °С. Для охлаждения располагаем 1000 л воды в час при t₂’ = 10 °С. Определить потребную поверхность нагрева при прямотоке и противотоке, если k =1 000 ккал/м³час°С.

Сначала определим водяные эквиваленты W₁ и W₂:

W₁ = 0,250 1100·0,727 = 200 ккал/час°С,

W₂ = 1 1000 1 = 1 000 ккал/час °С.

Подставляя их значения в уравнение (5), получим конечную температуру воды t₂”

Теперь определим среднюю разность температур.

При прямотоке:

По графику (рис. 2.4) находим:

При противотоке:

По графику (фиг. 2.4) находим и Δt=Δt’·0,67=96·0,67=64,3 °С.

Количество переданного тепла определяется по уравнению (2):

Имея значения Q и Δt, по уравнению (1) легко определить произведение kF,

При прямотоке:

При противотоке:

Следовательно, при прямотоке и при противотоке .

Теплопередача в аппаратах

При расчете теплообменных аппаратов большие трудности возникают при выборе значения коэффициента теплопередачи k. Эти трудности в основном определяются изменением температуры рабочих жидкостей и сложностью геометрической конфигурации поверхности теплообмена. Влияние этих факторов трудно учесть. Специфические же особенности процесса теплообмена в рассчитываемых аппаратах учитываются при выборе значений коэффициентов теплоотдачи а.

При расчете коэффициента теплопередачи в первую очередь необходимо произвести анализ частных термических сопротивлений, и если возможно, то следует произвести упрощение расчетной формулы.

Далее необходимо учесть влияние на коэффициент теплопередачи изменения температуры рабочих жидкостей. Большей частью такой учет сводится к отнесению коэффициентов теплопередачи к средним температурам рабочих жидкостей. Для жидкости с большим водяным эквивалентом средняя температура берется как среднеарифметическое из крайних значений, например, t_б = 0,5 (t_б’ + t_б”). При этом для другой жидкости, с меньшим водяным эквивалентом, средняя температура определяется из соотношения: t_m = t_б ± Δt. Здесь Δt является среднелогарифмическим температурным напором; знак минус (-) применяется в тех случаях, когда t_б означает температуру горячей жидкости, а знак плюс (+) в тех, когда t_б означает температуру холодной.

Иногда вычисление коэффициента теплопередачи производят по температурам рабочих жидкостей в начале и в конце поверхности нагрева. Если полученные значения k’ и k" друг от друга отличаются не очень сильно, то среднеарифметическое из них принимается за среднее значение коэффициента теплопередачи k, а именно:

k=0,5 (k' + k"). (2.11)

В большинстве практических случаев такое усреднение является достаточным. В случае же сильного расхождения между собой значений k’ и k" необходимо разделить поверхность нагрева на отдельные участки, в пределах которых коэффициент теплопередачи изменяется незначительно, и для каждого такого участка расчет теплопередачи производить раздельно.

Так же поступают и в тех случаях, когда резко меняются условия омывания поверхности нагрева рабочей жидкости, например, в нижней части поверхности нагрева поперечное омывание, в средней продольное и в верхней - снова поперечное. Если при этом температура рабочей жидкости изменяется незначительно, то применяется следующее усреднение:

(2.12)

где F₁, F₂ и F₃ - отдельные участки поверхности нагрева;

k₁, k₂ и k₃ - средние значения коэффициента теплопередачи на этих участках.

Таблица 2.1. Значения эквивалентного диаметра и коэффициента А в формуле (2.46) для различных сечений канала

Влияние неизотермичности на сопротивление трения можно определять по формулам:

для ламинарного режима движения

(2.50)

для турбулентного режима движения

(2.50а)

В формулах (2.49) и (2.50) все физические свойства отнесены к средней температуре жидкости, кроме Рrс, отнесенного к температуре стенки.

В качестве линейного определяющего размера выбран эквивалентный диаметр dэкв канала.

В формулу (2.50) входят три комплекса: первым определяется коэффициент сопротивления трения при изотермическом движении, вторым — влияние изменения вязкости в пограничном слое и третьим — влияние свободного движения (турбулизация потока).

б) Шероховатые трубы. Шероховатость стенок канала является причиной образования вихрей и дополнительной потери энергии. Поэтому коэффициент сопротивления трения шероховатых труб является функцией числа Re и относительной шероховатости δ/r, где δ - средняя высота отдельных выступов на поверхности и r — радиус трубы. При ламинарном движении шероховатость совсем не сказывается, и сопротивление трения оказывается таким же, как и для гладкой трубы. При турбулентном движении шероховатость начинает сказываться, как только толщина вязкого подслоя становится сравнимой с высотой отдельных выступов δ. По мере увеличения скорости число отдельных выступов, выходящих за пределы пограничного слоя, увеличивается, и гидравлическое сопротивление возрастает (рис. 2.13). При больших числах Re и конечной шероховатости гидравлическое сопротивление определяется только шероховатостью и от Re не зависит. В этой области коэффициент сопротивления определяется следующим соотношением:

(2.51)

или приближенно

(2.52)

Значение Renep, при котором коэффициент сопротивления становится постоянной величиной, а гидравлическое сопротивление следует квадратичному закону, приближенно может быть определено из сопоставления формулы (2.52) с формулой (2.47), а именно:

(2.53)

Кривые на рис. 2.13 могут быть использованы для определения «гидравлической» шероховатости действительных труб. Для этого необходимо только для испытуемой трубы снять кривую коэффициента сопротивления и сопоставить ее с кривыми на рис. 2.13. Такой способ определения шероховатости является наиболее надежным и используется довольно широко.

в) Изогнутые трубы. В изогнутых трубах движение жидкости имеет очень сложный характер. Под действием центробежных сил весь поток отжимается к внешней стенке и течет с повышенной скоростью, а в поперечном направлении образуется вторичная циркуляция. Несмотря на это, критическое значение Re получается выше, чем для прямых труб, и притом тем выше, чем круче изгиб (при d/D = 1/15 Re_kp= 8000). Гидравлическое сопротивление изогнутых труб больше, чем прямых.

г) Повороты и колена. Повороты, отводы и колена могут быть самыми разнообразными, и данные для расчета их сопротивления имеются в любом справочнике. Они даются или в виде коэффициента сопротивления ζ, или в виде эквивалентной длины прямого участка. При пользовании этими данными необходимо сначала выяснить, по какому сечению произведен расчет. В случае неодинаковости входного и выходного сечений это имеет большое значение. Приведенными в справочниках значениями ζ может учитываться либо только сопротивление самого отвода, либо вместе с ним увеличение сопротивления последующих участков, являющееся следствием поворота.

Чем больше радиус закругления, тем меньше сопротивление. В тех случаях, когда плавный поворот невозможен, целесообразно делать прямое колено с направляющими лопатками. При помощи направляющих лопаток не только уменьшается гидравлическое сопротивление, но и обеспечивается равномерное омывание поверхности канала за поворотом.

д) Пучки труб. При продольном омывании пучков труб вдоль оси сопротивление подсчитывается по формулам для прямых каналов, причем в формулы подставляется эквивалентный гидравлический диаметр d_экв = 4f/U. При поперечном омывании пучков сопротивление в основном можно рассматривать как сумму местных сопротивлений сужения и расширения. Сопротивление же трения составляет незначительную долю. Однако в технических расчетах такого разделения не делают, а сразу определяют полное сопротивление по формуле (2.42). При этом значение коэффициента сопротивления достаточно точно определяется следующими соотношениями:

для шахматных пучков при x₁/d<.x₂/d

(2.54)

для шахматных пучков при x₁/d>x₂/d

(2.55)

для коридорных пучков

(2.56)

В этих формулах скорость отнесена к узкому сечению пучка, а физические свойства - к средней температуре потока; m - число рядов в пучке в направлении движения.

Формулы (2.54) - (2.56) дают коэффициенты сопротивления угле атаки ѱ 90°. С уменьшением угла атаки коэффициент сопротивления убывает. Значения поправочного коэффициента ε_Δр = Δр_ψ/Δр₉₀ следующие:

3. Мощность, необходимая для перемещения жидкости. Определив полное гидравлическое сопротивление и зная расход жидкости, легко определить и мощность, необходимую для перемещения рабочей жидкости через аппарат. Мощность на валу насоса или вентилятора определяется по формуле

где V - объемный расход жидкости; G - массовый расход жидкости; Δр - полное сопротивление; ρ - плотность жидкости или газа; η - к. п. д. насоса или вентилятора.

При выборе оптимальных форм и размеров поверхности нагрева теплообменника принимают наивыгоднейшее соотношение между поверхностью теплообмена и расходом энергии на движение теплоносителей. Добиваются, чтобы указанное соотношение было оптимальным, т. е. экономически наиболее выгодным. Это соотношение устанавливается на основе технико-экономических расчетов.

Принципы получения холода

Различают охлаждение умеренное и глубокое. Под умеренным охлаждением понимается получение более низких температур объекта, чем температура окружающей среды. Нижней границей умеренного охлаждения принята температура - 120°С, достигаемая в холодильном цикле с этиленом в качестве переносчика холода. Охлаждение до более низких температур называется глубоким и применяется в криогенной технике при охлаждении и терморегулировании криопродуктов: гелия, кислорода, азота, водорода и некоторых других сжиженных газов.

Умеренные низкие температуры можно получить с помощью следующих физических явлений:

1) фазовых переходов;

2) дросселирования реального газа (эффект Джоуля-Томсона);

3) изоэнтропного (или близкого к нему процесса) расширения газа с совершением внешней работы;

4) вихревого эффекта (эффекта Ранка —Хилша);

5) термоэлектрического эффекта (эффекта Пельтье).

Низкие температуры в условиях глубокого холода получаются в основном с помощью фазовых переходов (при испарении криопродуктов) и дросселирования. Для получения сверхнизких температур вблизи абсолютного нуля используется адиабатное размагничивание твердого тела, термомагнитное охлаждение и десорбционное охлаждение. Путем десорбции газов из растворов или из пористых твердых тел можно получать также и умеренные температуры.

В парокомпрессионных холодильных машинах (ПКХМ) используется дросселирование с последующим фазовым переходом -испарением фреона в теплообменном аппарате. Здесь фреон является переносчиком теплоты с низшего температурного уровня на высший - от объекта охлаждения к наружному воздуху. Он испаряется при низкой температуре и низком давлении и конденсируется при высокой температуре и высоком давлении.

В газовых холодильных машинах реализуется изоэнтропное расширение газа с совершением внешней работы в поршневых и турбодетандерах.

В термоэлектрических охлаждающих устройствах используется эффект Пельтье.

Рассмотрим кратко перечисленные эффекты.

Термоэлектрический эффект

Сущность термоэлектрического эффекта Пельтье состоит в том, что при протекании электрического тока через разнородные проводники в местах их контактов (спаев) в зависимости от направления тока выделяется или поглощается некоторое количество теплоты Q_n. Термоэлемент (ТЭ) состоит из двух ветвей 2 (рис. 3.7), соединенных металлическими пластинами 1 и 3 с источником питания 4. Ветви представляют собой полупроводники с электронной (-) и дырочной (+) проводимостью. Пластина 1 образует холодный спай с температурой Т_х, а пластины 3 -горячий спай с температурой Т_Г. Разнородность проводников (ветвей) 2 определяется разным уровнем энергии электронов. Чем больше алгебраическая разность величин этой энергии, тем больше эффект Пельтье.

 

Рис. 3.7. Схема термоэлемента: 1,3- металлические пластинки спаи; 2 - полупроводники-ветви; 4 - источник питания

 

Если электроны при протекании из одной ветви термоэлемен­та в другую отбирают кинетическую энергию от атомов в спае, то температура спая понижается. При обратном направлении тока элек­троны переходят на более низкий энергетический уровень, отдавая часть энергии атомам кристаллической решетки, и спай нагревается.

Термоэлемент можно рассматривать как холодильную машину, в которой рабочим телом является электронный газ, с различным состоянием в разных точках цепи.

На холодном спае поглощается теплота

а на горячем спае выделяется теплота

где е - коэффициент термоэлектродвижущей силы (ТЭДС); I - сила тока.

ТЭДС возникает в результате диффузии электронов и дырок из нагретых мест к холодным.

Если идеализировать работу ТЭ, т.е. полагать, что нет перетока теплоты Q_m от горячих спаев к холодным, нет в ветвях выделения джоулевой теплоты Q_дж, нет теплообмена ветвей с окружающей средой и теплообмен происходит только на спаях, то уравнение теплового баланса для ТЭ имеет вид:

где L - работа, которую совершает ток против ТЭДС ТЭ, или мощность, потребляемая ТЭ.

В реальном ТЭ холодопроизводительность равна:

,

а теплопроводительность (по горячему спаю)

. ,

Здесь 0,5 Q_дж показывает, что половина джоулевой теплоты поступает на холодный спай.

Работа тока L с учетом выделяющего в ветвях джоулевой теплоты равна:

где R - сопротивление ветвей.

От горячего спая следует отвести теплоту

.

Энергетическим показателем термоэлемента является его холодильный коэффициент

.

В качестве термоэлектрических материалов применяют полупроводниковые сплавы на основе висмута и сурьмы.

При фиксированной температуре t_Г = 30°C можно получить t_x = - 45°С...- 50°С, т.е. разность температур между спаями Δt_max = t_Г - t_x = Δt = 75... 80°С.

Наиболее важными характеристиками термоэлемента являются холодопроизводительность Q₀ и потребляемая мощность N. Переток тепла по ветви

,

где Z - эффективность вещества термоэлемента; чем больше Z, тем меньше переток тепла от горячего спая к холодному.

Следовательно, выражение для холодопроизводительности принимает вид:

и для потребляемой мощности

.

Из выражения для Q₀ видно, что поглощение теплоты на холодном спае зависит от силы тока в первой степени, а джоулева теплота - от силы тока в квадрате. Следовательно, наибольшее охлаждение спая возможно лишь при некоторой ограниченной силе тока, а при больших значениях I холодопроизводительность Q₀ начнет уменьшаться.

Различают три характерных режима работы термоэлемента.

I режим - максимальной холодопроизводительности - Q_{0max ,} при котором I = I_max.

II режим - максимального холодильного коэффициента – ε_max, при котором сила тока I изменяется в соответствии с изменением разности температур на спаях Δt, обеспечивая минимум затрат электроэнергии.

III режим - минимального тока I_min при котором заданные значения Q₀ и Δt, обеспечиваются минимально возможным значением тока - I_min.

Таким образом, два показателя работы ТЭ холодопроизводительность Q₀ и холодильный коэффициент ε - в трех режимах работы (Q_max, ε_max и I_min) являются функциями разности температур Δt (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Зависимость ε, Q₀ от температур на спаях Δt

 

При жестких лимитах на электроэнергию режим етах является единственно приемлемым. В микроохладителях при малой потребляемой мощности порядка 10... 20 Вт, где требуются минимальные размеры и вес конструкции, используют режим Q_max. Если используются слаботочные источники тока, то следует применять режим I_min.

Системы термостатирования на основе термоэлектрических охладителей отличаются малыми габаритами, отсутствием рабочего тела, движущихся деталей и простотой обслуживания. В энергетическом отношении термоохлаждающие устройства существенно уступают паро-компрессионным холодильным машинам. При разности температур Δt = 30... 40°С холодильный коэффициент термоохлаждающих устройств не превышает единицы, а в ПКХМ он намного выше. Однако при малых Q₀ (до 20 Вт) потери в ПКХМ велики и ε для термоохлаждающих устройств может быть выше.

Надежность работы ТЭ зависит в основном от качества электрической изоляции элементов теплового сопряжения спаев с теплообменными поверхностями и степени нейтрализации температурных и механических напряжений в ветвях ТЭ.

Механические свойства полупроводниковых веществ ТЭ относительно низки, отличаются хрупкостью наподобие графита, и поэтому нуждаются в виброзащите.

Контрольные вопросы к разд.1.1-1.3

1. Назовите основные объекты термостатирования.

2. Чем системы термостатирования отличаются от систем кондиционирования воздуха?

3. По каким признакам классифицируются системы термостатирования?

4. Какие теплоносители используются в системах термостатирования? Их достоинства и недостатки.

5. На каких физических принципах строится получение холода в системах термостатирования?

6. В чём заключается дроссельный эффект Джоуля-Томсона?

7. Что такое детандер?

8. Почему при протекании через детандер газ охлаждается больше, чем при дросселировании?

9. В чём заключается принцип действия вихревой трубы?

10. Назовите достоинства и недостатки использования вихревых труб в СТ?

11. В чём заключается термоэлектрический эффект Пельтье?

Хладагенты ПКХМ

Рабочим телом холодильной машины, или хладагентом, называется вещество, с помощью которого совершается термодинамический цикл. В качестве хладагента обычно используются фреоны R 12, R 11, R 22, R 134 и др. Это галоидные производные метана СН₄, в котором атомы водорода замещаются на атомы фтора, хлора или брома. Обобщённая химическая формула фреонов:

С_mН_n F_p Cl_qBr_r

где m,n,p,q,r - число атомов углерода, водорода, фтора, хлора и брома.

Фреон R 12 - дихлордифторметан был синтезирован в США в 1930 г. Имеет химическую формулу CF₂Cl₂, без цвета, без запаха, малотоксичен, химически инертен.

Химическая формула фреона R 22 - CHF₂Cl. Фреон R 22 считается экологически более безопасным, так как содержит только один атом фтора. Фреон R 11 имеет химическую формулу CFCl₃, т.е. содержит три атома хлора, поэтому, как и R₁₂, является экологически грязным продуктом, разрушающим озоновый слой Земли. Считается, что один атом хлора способен разрушить 100000 атомов озона. Поэтому замена хладагента R 12в аэрозолях и холодильных машинах на R 22целесообразна.

Слова «фреон» и «хладон», встречающиеся в технической литературе - это фирменные названия (торговые марки) галогенопроизводных углеродов.

R 12и R 22относятся к хладагентам среднего давления, у которых давление насыщенного пара при +30°С находится в пределах 0,3... 2,0 МПа. Нормальная температура кипения у них соответственно равна -29,74°С и -40,8°С.

Элементы конструкций ПКХМ должны отвечать повышенным требованиям к герметичности, так как фреоны отличаются высокой текучестью и могут проникать даже через поры металла. При контакте с раскаленным металлом (например, во время сварки) или с открытым пламенем фреон R 12разлагается с образованием фтористого водорода, хлористого водорода и фосгена. В качестве ориентировочной предельно допустимой концентрации для помещений рекомендуется принимать 10 мг/л.

Фреоны почти не растворяют воду. Это приводит к тому, что при температуре кипения t₀ < 0°C в процессе дросселирования в холодильной машине вода замерзнет и «запаяет» дроссельное отверстие в капиллярной трубке или в терморегулирующем вентиле. Поэтому перед заполнением контур фреона ПХМ обязательно осушается и в нём устанавливают фильтры-осушители с селикагелем.

Основные элементы ПКХМ

Компрессоры

В ПХМ широкое применение нашли поршневые герметичные компрессоры, ротационные герметичные компрессоры, винтовые и центробежные компрессоры.

По холодопроизводительности компрессоры подразделяют на крупные (свыше 60 кВт), средние (от 10 до 60 кВт) и малые (менее 10 кВт). Соответственно крупные компрессоры создаются на базе винтовых и центробежных машин, средние - на базе поршневых и центробежных, малые – на базе поршневых и ротационных.

Поршневые герметичные компрессоры являются основными частями холодильных машин в транспортных системах термостатирования. Компрессор отсасывает пар фреона из испарителя (или испарителя- воздухоохладителя) и нагнетает его в конденсатор.

Выбор типа компрессора зависит от потребной холодопроизводительности, условий работы, свойств хладагента и от максимальной разности давлений на поршень (21, 17 и 12 кг/см²).

Компрессор является частью замкнутой системы ПКХМ (рис.3.9). Поэтому его работа зависит от температур конденсации t_к и кипения t₀, которые изменяются в процессе эксплуатации ПКХМ из-за изменения тепловой нагрузки на объект термостатирования и температуры окружающего воздуха, поступающего на конденсатор. При увеличении t_к и понижении t₀ холодопроизводительность ПКХМ Q₀ снижается. Например, для компрессора холодильной машины транспортного агрегата указываются диапазоны изменения температур, в которых он может работать длительное время: t₀ = - 10...+15°С и t_к = +10...+ 65°С. Для кратковременной работы эти диапазоны могут быть несколько расширены.

К конструктивным параметрам относятся диаметр и ход поршня, число цилиндров, часовой объём, описываемый поршнем, и частота вращения.

Для предохранения компрессора от выхода из строя применяется система автоматической защиты (САЗ):

от превышения давления нагнетания выше допустимого срабатывает реле высокого давления (РДВ) с пределом установки, например, от 10 до 30 кг/ см²;

от понижения давления всасывания ниже допустимого срабатывает реле низкого давления (РДН) с пределами установки, например, от минус 0,3 до +4,0 кг/см²;

от понижения давления в системе смазки срабатывает реле контроля смазки (РКС), измеряющего разность давлений в нагнетательной линии масляного насоса и в картере компрессора.

защита электродвигателя компрессора от перегрузки осуществляется с помощью тепловых реле;

от переполнения испарителя и залива компрессора жидким фреоном из ресивера и конденсатора при остановке агрегата быстродействующий соленоидный вентиль СВ перекрывает канал жидкого фреона и блокирует ТРВ.

Давление всасывания может чрезмерно понизится по нескольким причинам:

из-за значительного уменьшения подачи жидкого фреона в испаритель;

из-за значительного уменьшения тепловой нагрузки со стороны объекта термостатирования;

из-за выхода из строя вентилятора воздухоохладителя или насосов жидкого хладоносителя.

В крупных стационарных системах термостатирования для получения большой холодопроизводительности (300...700) кВт используются маслозаполненные винтовые компрессоры на фреонах R12 и R22. Основными достоинствами винтовых компрессоров являются: возможность сжатия двухфазных хладагентов без ухудшения характеристик машины, полная уравновешенность компрессора, высокая надёжность и долговечность, относительно малые вес и габариты, простота обслуживания.

С целью повышения компактности холодильного оборудования его выполняют в агрегатированном виде, когда некоторые части холодильной машины соединяются в одну общую конструкцию на одной раме или на одном основании (фундаменте). Такое соединение разных по назначению частей называется агрегатом. Например, в компрессорно-конденсаторный агрегат входят компрессор, конденсатор, электродвигатель, вентилятор, если конденсатор имеет воздушное охлаждение, и приборы автоматики. Если объединено всё оборудование холодильной машины, то оно называется комплексным агрегатом.

Нашли применение агрегатированные холодильные машины, в состав каждой из которых входит следующее основное оборудование, объединённое общими трубами и системой терморегулирования:

три компрессора;

два конденсатора;

три промежуточных теплообменника;

испаритель, разделённый перегородками на три секции по хладагенту.

Номинальным режимом работы холодильной машины является одновременная работа всех компрессоров и аппаратов.

Агрегатное оборудование, кроме компактности, имеет другие достоинства: длина коммуникаций минимальная, высокое качество монтажа в заводских условиях, удобное для ремонта и демонтажа расположение элементов машины и др.

Конденсаторы

В конденсаторе нагретые пары хладагента (от сжатия в компрессоре) охлаждаются до температуры конденсации (насыщения), конденсируются, т.е. переходят в жидкое состояние и в некоторых случаях ещё и переохлаждаются. Теплота перегрева, конденсации и переохлаждения отводится охлаждающей средой, в основном окружающим воздухом, и реже водой из системы оборотного водоснабжения.

В системах термостатирования подвижных установок применяются конденсаторы с воздушным охлаждением и конденсацией фреона на внутренней поверхности трубок змеевиков. Для лучшего отвода теплоты трубки имеют наружное оребрение. Змеевики образуются из прямых U-образных трубок, соединённых между собой калачами. Конденсатор заливается фреоном частично. С помощью регулятора давления АДДЗ «д